Sonic & Sega All-Stars Racing to gra wyścigowa.
Podczas rozgrywki gracz ma możliwość kierowania tytułowym bohaterem (superszybkim jeżem - znanym z filmów animowanych pod tytułem Sonic X) lub inną postacią dostępną w programie (Tails, Amigo, małpka oraz Doktor Eggman).
Rozgrywka polega na braniu udziału w zawodach, które odbywają się na kolorowych torach wyścigowych (jest ich kilkadziesiąt). Do dyspozycji gracza oddano nie tylko samochody i motory ale również i samoloty. Użytkownik ma możliwość ulepszania swoich samochodów, co może uczynić kupując do nich nowe części. Podczas wyścigów postać kierowana przez gracza zbiera różnego rodzaju przedmioty zwiększające jego możliwości zwycięstwa (chwilowe przyspieszenie czy tarcza obronna), a także ma możliwość atakowania swoich rywali ciosami specjalnymi o nazwach: Super Sonic, Tails Tornado, czy Banana Blitz.
W grze dostępna jest możliwość rozgrywki wieloosobowej na podzielonym ekranie lub przez Internet (dla maksymalnie ośmiu graczy jednocześnie).
Grafika programu jest trójwymiarowa.